Puut joutuvat usein salamaniskujen kohteeksi, mikä joskus johtaa erittäin vakaviin seurauksiin. Puhumme salaman iskemisen vaarasta sekä itse puihin että niiden vieressä asuviin ihmisiin sekä miten voit vähentää tähän ilmiöön liittyviä riskejä.

Mihin salama iskee

Ukkosmyrskyt ovat varsin yleinen ilmiö suurella osalla maapallon aluetta. Samaan aikaan maan päällä raivoaa noin puolitoista tuhatta ukkosmyrskyä. Esimerkiksi Moskovassa havaitaan vuosittain yli 20 ukkosmyrskypäivää. Mutta vaikka tämä luonnonilmiö on tuttu, sen voima ei voi muuta kuin järkyttää. Keskimääräisen salaman jännite on noin 100 000 volttia ja virta 20 000–50 000 ampeeria. Salamakanavan lämpötila saavuttaa tässä tapauksessa 25 000 - 30 000 °C. Ei ole yllättävää, että rakennuksiin, puihin tai ihmisiin iskevä salama ja sähkövarauksensa leviäminen johtaa usein katastrofaalisiin seurauksiin.

Vaikka yksittäisen maakohteen, olipa kyseessä rakennus, masto tai puu, tuhoutuminen salaman vaikutuksesta on melko harvinainen tapahtuma, mutta valtava tuhovoima tekee ukkosmyrskyistä yhden vaarallisimmista luonnonilmiöistä ihmisille. Näin ollen tilastojen mukaan joka seitsemäs maaseutualueiden tulipalo syttyy salamaniskusta, luonnonkatastrofien aiheuttamien kuolemantapausten määrällä mitattuna salama on toisella sijalla, vain tulvien jälkeen.

Todennäköisyys, että salama iskee maan esineisiin (mukaan lukien puut), riippuu useista tekijöistä:

• ukkosmyrskyjen voimakkuudesta alueella (liittyy ilmasto-ominaisuuksiin);
• tämän kohteen korkeudella (mitä korkeampi, sitä todennäköisemmin salamanisku);
• kohteen ja niiden alla olevien maakerrosten sähkövastuksesta (mitä pienempi kohteen ja sen alla olevien maakerrosten sähkövastus, sitä suurempi on salamapurkauksen todennäköisyys siihen).

Edellisen perusteella on selvää, miksi puista tulee usein salaman kohteena: puu on usein hallitseva elementti korkeudessa, kosteudella kyllästetty elävä puu, joka liittyy syviin maakerroksiin, joilla on pieni sähkövastus, edustaa usein kaivoa. -maadoitettu luonnollinen salamanvarsi.

Ukkosmyrskyjä joissakin Moskovan alueen siirtokunnissa

Sijainti	Ukkosmyrskyjen keskimääräinen vuotuinen kesto, tuntia	Salaman iskujen ominaistiheys 1 km²:ssä	Ukkosmyrskytoiminnan yleiset ominaisuudet
Volokolamsk	40–60	4	korkea
Istra	40–60	4	korkea
Uusi Jerusalem	40–60	4	korkea
Pavlovsky Posad	20–40	2	keskiverto
Moskova	20–40	2	keskiverto
Kashira	20–40	2	keskiverto

Mikä on vaara, että salama iskee puuhun

Salaman iskun puuhun seuraukset ovat usein tuhoisat sekä itselleen että läheisille rakennuksille, ja ne muodostavat merkittävän uhan myös sillä hetkellä lähellä oleville ihmisille. Kun voimakas sähkövaraus kulkee puun läpi, rungon sisällä tapahtuu voimakas lämmön vapautuminen ja räjähdysmäinen kosteuden haihtuminen. Seurauksena on eri vakavia vaurioita: pinnallisista palovammoista tai halkeamista puun rungon täydelliseen halkeamiseen tai tulipaloon. Joissakin tapauksissa rungon sisällä tapahtuu merkittäviä mekaanisia vaurioita (pitkittäisiä halkeamia tai puun halkeamista vuosirenkaita pitkin), jotka ovat ulkoisessa tarkastelussa lähes huomaamattomia, mutta lisäävät merkittävästi puun kaatumisen riskiä lähitulevaisuudessa. Usein vakavia, mutta silmämääräisessä tarkastuksessa huomaamattomia vaurioita voi saada myös puun juuriin.

Siinä tapauksessa, että salamavaurio ei johda puun välittömään tuhoutumiseen tai kuolemaan, sen saamat laajat vammat voivat aiheuttaa vaarallisten sairauksien, kuten lahojen, verisuonitautien kehittymistä, heikentyneestä kasvista tulee helppo saali vartalotuhoisille. Tämän seurauksena puusta voi tulla vaarallinen tai kuivua.

Salaman iskut puihin (myös eläviin) aiheuttavat usein tulipaloja, jotka leviävät läheisiin rakennuksiin. Joskus puusta tuleva sivupurkaus välittyy rakennuksen seinään, vaikka siihen olisi asennettu salamanvarsi. Lopuksi sairastuneen puun sähköpotentiaali leviää maan pintakerroksissa, minkä seurauksena se voi kulkeutua rakennukseen, vahingoittaa maanalaisia ​​laitoksia tai aiheuttaa sähköiskun ihmisille tai lemmikkieläimille.

Salaman isku puuhun voi aiheuttaa merkittäviä aineellisia vahinkoja, vaikka hätätilannetta ei olisikaan. Loppujen lopuksi tällaisen puun turvallisuuden arviointi, sen erityishuolto tai jopa pelkkä kuivuneen tai toivottoman sairaan puun poistaminen voi liittyä merkittäviin materiaalikustannuksiin.

Joskus puusta tuleva sivupurkaus välittyy rakennuksen seinään, vaikka siihen olisi asennettu salamanvarsi.

Sääntelyongelmat

Näin ollen erityisen arvokkaiden puiden (jotka ovat maisemakoostumusten keskipisteitä, historiallisia ja harvinaisia) tai asuntojen lähellä kasvavien puiden salamasuojaus voi olla käytännössä perusteltua. Puiden ukkossuojausta määräävä tai säätelevä sääntelykehys kuitenkin puuttuu maastamme kokonaan. Tämä tilanne on pikemminkin seurausta kotimaisen sääntelykehyksen hitaudesta kuin riittävästä arviosta riskeistä, jotka liittyvät salaman iskuihin kaupunkiympäristössä puihin.

Pääasiallinen nykyinen kotimainen ukkossuojastandardi on peräisin vuodelta 1987. Asenne maaseudun salamansuojaukseen tässä asiakirjassa heijastelee tuon ajan realiteetteja ja kantoja: useimpien maaseuturakennusten aineellinen arvo ei ollut suuri ja valtion intressit keskittyivät julkisen eikä yksityisen omaisuuden suojeluun. Lisäksi kotimaisten standardien laatijat lähtivät olettamuksesta, että rakennusnormeja ja -sääntöjä noudatetaan esikaupunkiasuntojen rakentamisessa, mutta näin ei aina ole. Erityisesti vähimmäisetäisyyden puunrungosta rakennuksen seinään tulee olla vähintään 5 m. Esikaupunkirakentamisen todellisuudessa talot sijaitsevat usein lähellä puita. Lisäksi tällaisten puiden omistajat ovat yleensä haluttomia suostumaan niiden poistamiseen.

Muissa maissa on olemassa standardeja salamansuojaukselle: esimerkiksi amerikkalainen - ANSI A 300 osa 4 tai brittiläinen - brittiläinen standardi 6651 säätelee myös puiden ukkossuojausta.

Vähimmäisetäisyys puunrungosta rakennuksen seinään on oltava vähintään 5 m.

Milloin suojaa tarvitaan?

Missä tapauksissa on järkevää ajatella puun salamansuojaa? Luettelemme tekijät, joiden perusteella tällaista päätöstä voidaan suositella.

Puu kasvaa avoimilla alueilla tai huomattavasti korkeammalla kuin naapuripuita, rakennuksia, rakenteita ja maamuotoja. Korkeudeltaan hallitseviin esineisiin salama iskee todennäköisemmin.

Alue, jolla on paljon ukkosmyrskyjä. Kun ukkosmyrskyt ovat yleisiä, puiden (ja muiden esineiden) vaurioitumisen todennäköisyys kasvaa. Ukkosmyrskyjen toiminnan pääpiirteet ovat ukkosmyrskytuntien keskimääräinen vuotuinen lukumäärä sekä salaman iskujen keskimääräinen ominaistiheys maahan (keskimääräinen vuotuinen salamaniskujen määrä 1 km²:tä kohti) maan pinnasta. Jälkimmäistä indikaattoria käytetään laskemaan objektiin (mukaan lukien puu) odotettavissa oleva salamaniskujen lukumäärä vuodessa. Esimerkiksi alueella, jonka keskimääräinen kesto on 40–60 ukkostuntia vuodessa (etenkin jotkin Moskovan alueen alueet), voidaan odottaa 25 metrin korkuisen puun vaurioituvan kerran 20 vuodessa.

Kohteen sijainti lähellä vesistöjä, maanalaisia ​​lähteitä, korkea maaperän kosteus tontilla . Tämä järjestely lisää entisestään salaman iskemisen riskiä puuhun.

Korkea puu kasvaa korkeintaan kolmen metrin etäisyydellä rakennuksesta. Tämä puun järjestely ei vaikuta salaman iskun todennäköisyyteen. Rakennusten läheisyydessä olevien puiden tuhoutuminen aiheuttaa kuitenkin merkittäviä uhkia sekä rakennuksille itselleen että niissä oleville ihmisille. Samalla kasvaa sivupurkauksen aiheuttama vahinko rakennukselle, katon vaurioitumisriski puun kaatuessa on erittäin korkea ja syttyessään tuli voi levitä rakennukseen.

Puun oksat roikkuvat rakennuksen katon päällä, koskettavat sen seiniä, katoksia, vesikouruja tai julkisivun koriste-elementtejä. Tällöin myös rakennuksen vaurioitumisen, tulipalojen ja vuodon siirtymisen taloon riski kasvaa.

Puu kuuluu lajiin, johon salama iskee usein tai säännöllisesti. . Joihinkin puulajeihin salama iskee todennäköisemmin kuin toisiin. Tammipuut kärsivät yleisimmin salaman vaikutuksista.

Rakennuksen lähellä kasvavan puun juuret voivat joutua kosketuksiin taloon sopivien maanalaisten perustusten tai kommunikaatioiden kanssa. Tässä tapauksessa, kun salama iskee puuhun, todennäköisyys, että purkaus "ajautuu" tiloihin tai vaurioittaa viestintää (esimerkiksi kastelujärjestelmän ja sähköverkkojen anturit).

Rakennusten ukkossuojauksen asiantuntijat suosittelevat vapaasti seisovan ukkosenjohtimen asentamista, kun taas 3-10 m etäisyydellä on puita, jotka sopivat korkeudeltaan ja muilta parametreiltään ukkosenjohtimen ja alasjohtimen asentamiseen.. Erillisen maston asentaminen voi olla melko kallista. Monille maalaistalojen omistajille tällaiset mastot eivät myöskään ole esteettisesti hyväksyttäviä. Ja lopuksi, maston sijoittaminen metsäalueelle siten, että puiden juuret eivät vaurioidu sen rakentamisen aikana tai venytysmerkit eivät häiritse ihmisten liikkumista, voi olla erittäin vaikeaa.

Altistuminen joidenkin lajien suojaamattomille puille
(standardista ANSI A 300, osa 4)

Toimintaperiaate

Salamansuojajärjestelmän toimintaperiaate on, että salamanvarsi "pysäyttää" salamanpurkauksen, suorittaa sen turvallisesti alasjohtimen avulla ja välittyy maadoituksen avulla maaperän syviin kerroksiin.

Puun ukkossuojausjärjestelmän komponentit ovat: salamanvarsi (yksi tai useampi), yläjohdin, maanalainen alajohdin ja maadoitusjärjestelmä, joka koostuu useista maadoitustangoista tai -levyistä.

Omia ukkossuojausjärjestelmiämme kehitettäessä kohtasimme tarpeen yhdistää rakennusten ja rakenteiden ukkossuojauksen kotimaiset standardit ja puiden ukkossuojausta koskevat länsimaiset standardit. Tällaisen yhdistelmän tarve johtuu siitä, että nykyisissä kotimaisissa standardeissa ei ole suosituksia ukkossuojajärjestelmien asentamisesta puihin ja vanhemmissa määräyksissä on puun terveydelle uhkaavia ohjeita. Samalla amerikkalainen standardi ANSI A 300, joka sisältää yksityiskohtaista tietoa järjestelmän asentamisesta puuhun sekä sen asennuksen ja huollon periaatteista, asettaa järjestelmän sähköturvallisuudelle kotimaisia ​​standardeja alhaisemmat vaatimukset.

Ukkossuojakomponentit on valmistettu kuparista tai ruostumattomasta teräksestä. Samanaikaisesti kaikissa johtavien elementtien välisissä liitännöissä ja koskettimissa käytetään korroosion välttämiseksi vain yhtä valituista materiaaleista. Kuparia käytettäessä pronssikiinnikkeiden käyttö on kuitenkin sallittua. Kuparikomponentit ovat kalliimpia, mutta niillä on suurempi johtavuus, jolloin komponentit ovat pienempiä, vähemmän näkyviä ja alentaa järjestelmän asennuskustannuksia.

Tilastojen mukaan joka seitsemäs tulipalo maaseudulla alkaa salamaniskusta. Luonnonkatastrofien aiheuttamien kuolemien määrässä salama on toisella sijalla tulvien jälkeen.

Järjestelmän osat

Salamanvarsi on päästään suljettu metalliputki. Alasjohdin menee salamanvarsijohtimen sisään ja kiinnitetään siihen pulteilla.

Puille, joilla on leviävä latvus, tarvitaan joskus lisävirroittimia, koska tällöin salamapurkaus voi osua oksiin tai huipuihin, jotka ovat kaukana salamanvarresta. Jos puuhun asennetaan metallikaapeleihin perustuva mekaaninen haaratukijärjestelmä, se on myös maadoitettava ukkossuojausta tehtäessä. Tätä varten siihen kiinnitetään ylimääräinen alajohdin pultatun koskettimen avulla. On pidettävä mielessä, että kuparin suoraa kosketusta galvanoidun kaapelin kanssa ei voida hyväksyä, koska se johtaa korroosioon.

Salamanvarsijohtimet ja lisäkoskettimet kytketään erityisillä puristuskoskettimilla tai pulttiliitoksilla. Puiden ukkossuojausstandardin ANSI A 300 mukaisesti alajohtimia käytetään täysmetallisten teräskaapeleiden muodossa eri kudoksilla. Kotimaisten standardien mukaan kuparisen alajohtimen tehollinen poikkipinta-ala on pienin 16 mm², teräksisen alajohtimen pienin tehollinen poikkipinta-ala on 50 mm. Johdettaessa alas johtimia puulle, on vältettävä niiden jyrkkiä mutkia. Johtimia ei saa taivuttaa alle 900 kulmassa, mutkan kaarevuussäteen tulee olla vähintään 20 cm.

Untuvajohtimet on kiinnitetty runkoon metallikiinnikkeillä, jotka on haudattu rungon puuhun useiden senttimetrien verran. Puristimien materiaali ei saa johtaa kosketuskorroosioon, kun ne on liitetty alajohtimeen. Alajohtimia on mahdotonta kiinnittää sitomalla ne puuhun langalla, koska rungon säteittäinen kasvu johtaa rengasvammoihin ja puun kuivumiseen. Untuvajohtimien jäykkä kiinnitys rungon pintaan (niitillä) johtaa niiden kasvamiseen runkoon, mikä vähentää järjestelmän kestävyyttä ja turvallisuutta sekä laajan varren lahoamisen kehittymistä. Paras vaihtoehto järjestelmän asentamiseen on asentaa dynaamiset puristimet. Tässä tapauksessa rungon halkaisijan kasvaessa kaapelien pidikkeet puristuvat automaattisesti tangon päähän puukudosten paineen vaikutuksesta. On huomioitava, että puristimien tappien syventäminen muutaman sentin verran puuhun ja niiden myöhempi osittainen kapseloituminen puuhun ei käytännössä aiheuta sille mitään haittaa.

Alajohtimet menevät alas akselia sen pohjalle ja menevät syvälle kaivantoon.

ANSI A 300 -standardin edellyttämä alajohtimen maanalaisen osan kaivannon minimisyvyys on 20 cm. Kaivanto kaivetaan käsin säilyttäen maksimijuurien lukumäärän. Tapauksissa, joissa juurivauriot ovat erityisen ei-toivottuja, kaivannon tekemiseen tulee käyttää erityisiä laitteita. Esimerkiksi ilmaveitsi on kompressorityökalu, joka on suunniteltu suorittamaan maatöitä puiden rungon läheisyydessä. Tämä laite, jolla on voimakas fokusoitu ilmavirta, pystyy poistamaan maapartikkelit vahingoittamatta ohuimpiakin puun juuria.

Maadoituslaitteen tyyppi ja parametrit sekä etäisyys, jolle alajohtimen tulee ulottua siihen, määräytyvät maaperän ominaisuuksien mukaan. Tämä johtuu tarpeesta vähentää maadoituspulssin vastus vaaditulle tasolle - sähköinen vastus sähkövirtapulssin leviämiselle maadoituselektrodista. Kotimaisten standardien mukaan paikoissa, joissa ihmiset vierailevat säännöllisesti, tällainen vastus ei saa ylittää 10 ohmia. Tämän maadoitusresistanssin arvon tulisi sulkea pois virran kipinäkatko maanalaisesta alajohtimesta ja maadoituselektrodista maan pinnalle ja näin ollen estää sähköiskut ihmisille, rakennuksille ja kommunikaatioille. Maaperän pääindikaattori, joka määrää maadoitusjärjestelmän valinnan, on maaperän resistanssi - vastus kahden 1 m³:n maapinnan välillä, kun virta kulkee sen läpi.

Mitä suurempi maaperän resistanssi on, sitä laajempi maadoitusjärjestelmän tulee olla sähkövarauksen turvallisen virtauksen varmistamiseksi. Maaperässä, jolla on alhainen resistanssi - jopa 300 ohmia (savi, savi, kosteikot), käytetään yleensä maadoitusjärjestelmää, jossa on kaksi pystysuoraa maadoitustankoa, jotka on yhdistetty alajohtimella. Vapojen välissä pidetään vähintään 5 m. Vapojen pituus on 2,5-3 m, tangon yläpäätä syvennetään 0,5 m.

Maaperällä, jolla on korkeat resistiivisyysarvot (savi, hiekka, sora), käytetään monipalkkimaadoitusjärjestelmiä. Kun mahdollista maadoitussyvyyttä rajoitetaan, käytetään maadoituslevyjä. Tarkastusten ja maadoituksen luotettavuuden testauksen helpottamiseksi maadoituselementtien yläpuolelle asennetaan pienet kaivot.

Maaperän resistiivisyys ei ole vakioarvo, sen arvo riippuu voimakkaasti maaperän kosteudesta. Siksi kuivalla kaudella maadoituksen luotettavuus voi heikentyä. Tämän estämiseksi käytetään useita menetelmiä. Ensin maadoitetut sauvat asetetaan kastelualueelle aina kun mahdollista. Toiseksi sauvan yläosa haudataan 0,5 m maanpinnan alapuolelle (maaperän yläosa 0,5 m on alttiimmin kuivumiselle). Kolmanneksi maaperään lisätään tarvittaessa bentoniittia - luonnollista kosteutta säilyttävää komponenttia. Bentoniitti on pieni kolloidinen mineraalisavihiukkanen, jonka huokostila pitää kosteuden hyvin ja stabiloi maaperän kosteutta.

Kosteudella kyllästetty elävä puu, joka on sidottu syviin, vähän vastustaviin maakerroksiin, on usein hyvin maadoitettu luonnollinen salamanvarsi.

Yleiset virheet

Kotimaisessa käytännössä puiden salamansuojausta käytetään harvoin, ja tapauksissa, joissa se kuitenkin suoritetaan, sen rakentamisen aikana tehdään useita vakavia virheitä. Joten salamanvarjoina käytetään yleensä metallitankoja, jotka on kiinnitetty puuhun langalla tai metallivanteilla. Tämä asennusvaihtoehto johtaa vakaviin rungon rengasvammoihin, jotka lopulta johtavat puun täydelliseen kuivumiseen. Tiettyä vaaraa edustaa myös alajohtimen sisäänkasvu puun runkoon, mikä johtaa laajojen avoimien pitkittäisten haavojen ilmaantumiseen runkoon.

Koska ukkossuojan asennukset puihin tekevät sähköasentajat, he käyttävät yleensä puuhun kiipeämiseen hafeja (kissaja) - saappaita, joissa on metallipiikit, jotka aiheuttavat vakavia vammoja puuhun.

Valitettavasti myös puun kruunun piirteet jätetään huomiotta: pääsääntöisesti ei oteta huomioon tarvetta asentaa useita ukkosenjohtimia monilatvaisiin puihin, joissa on leveä latvu, eikä myöskään puun haarautumiseen liittyviä rakenteellisia vikoja. tilille, mikä johtaa usein yläosan rikkoutumiseen ja putoamiseen asennetun salamanvarren kanssa.

Puiden salamansuojausta ei voida kutsua yleiseksi käytännöksi. Ohjeet sen toteuttamiseen ovat melko harvinaisia ​​alueilla, joilla on kohtalaista ukkosmyrskyä. Silti tapauksissa, joissa puiden salamansuojaus on tarpeen, sen oikea toteutus on erittäin tärkeää. Tällaisia ​​järjestelmiä suunniteltaessa ja asennettaessa on tärkeää ottaa huomioon paitsi itse ukkosenvarren luotettavuus myös järjestelmän turvallisuus suojellulle puulle.

Ukkossuojauksen lopullinen luotettavuus riippuu sekä sen materiaalien, koskettimien ja maadoituksen oikeasta valinnasta että itse puun vakaudesta. Vain kun otetaan huomioon latvusrakenteen ominaisuudet, säteittäinen kasvu, puun juurijärjestelmän sijainti, on mahdollista luoda luotettava salamansuojajärjestelmä, joka ei aiheuta vaarallisia vammoja puulle, mikä tarkoittaa, että se ei aiheuttaa tarpeettomia riskejä lähistöllä asuville ihmisille.

Ukonilma - ilmakehän ilmiö, jossa sähköpurkauksia tapahtuu pilvien sisällä tai pilven ja maan pinnan välissä - salama, johon liittyy ukkonen. Pääsääntöisesti ukkosmyrsky muodostuu voimakkaissa cumulonimbus-pilvissä ja liittyy rankkasateeseen, rakeisiin ja myrskyihin.

Ukkosmyrsky on yksi ihmisille vaarallisimmista luonnonilmiöistä: vain tulvat aiheuttavat suurempia ihmistappioita kirjattujen kuolemien määrässä.

Ukonilma

Samanaikaisesti maapallolla toimii noin puolitoista tuhatta ukkosmyrskyä, joiden keskimääräinen intensiteetti on arviolta 100 salamaa sekunnissa. Ukkosmyrskyt jakautuvat epätasaisesti planeetan pinnalle.

Salamapurkausten jakautuminen maan pinnalle

Valtameren yllä on noin kymmenen kertaa vähemmän ukkosmyrskyjä kuin mantereilla. Noin 78 % kaikista salamapurkauksista keskittyy trooppiselle ja päiväntasaajalle (30° pohjoisesta leveysasteesta 30° eteläiseen leveyspiiriin). Suurin ukkosmyrskyjen aktiivisuus esiintyy Keski-Afrikassa. Arktisen ja Etelämantereen napa-alueilla ja napojen yläpuolella ei käytännössä ole ukkosmyrskyjä. Ukkosmyrskyjen voimakkuus seuraa aurinkoa: suurimmat ukkosmyrskyt esiintyvät kesällä (keskimmäisillä leveysasteilla) ja päiväsaikaan iltapäivällä. Pienimmät mitatut ukkosmyrskyt tapahtuvat ennen auringonnousua. Ukkosmyrskyihin vaikuttavat myös alueen maantieteelliset ominaisuudet: voimakkaat ukkosmyrskykeskukset sijaitsevat Himalajan ja Cordilleran vuoristoalueilla.

Ukkospilven kehitysvaiheet

Ukkospilven muodostumiselle välttämättömiä edellytyksiä ovat olosuhteet konvektion tai muun mekanismin kehittymiselle, joka luo nousevia kosteusvirtoja, jotka riittävät sateen muodostumiseen, sekä rakenteen olemassaolo, jossa osa pilvihiukkasista on nestemäisessä tilassa, ja jotkut ovat jäissä. Ukkosmyrskyjen kehittymiseen johtava konvektio tapahtuu seuraavissa tapauksissa:

Ilman pintakerroksen epätasainen kuumeneminen erilaisen alla olevan pinnan yli. Esimerkiksi veden pinnan ja maan päällä veden ja maaperän lämpötilaerojen vuoksi. Suurissa kaupungeissa konvektion intensiteetti on paljon suurempi kuin kaupungin läheisyydessä.

Kun lämmin ilma nousee tai syrjäytetään kylmällä ilmalla ilmakehän rintamalla. Ilmakehän konvektio ilmakehän rintamilla on paljon voimakkaampaa ja yleisempää kuin massan sisäisen konvektion aikana. Usein frontaalinen konvektio kehittyy samanaikaisesti nimbostratus-pilvien ja laajan sateen kanssa, joka peittää syntyvät cumulonimbus-pilvet.

Kun ilma nousee vuoristoalueiden alueilla. Pienetkin nousut maastossa johtavat lisääntyneeseen pilvien muodostumiseen (pakotetun konvektion vuoksi). Korkeat vuoret luovat erityisen vaikeat olosuhteet konvektion kehittymiselle ja lisäävät lähes aina sen taajuutta ja voimakkuutta.

Kaikki ukkospilvet, tyypistä riippumatta, käyvät peräkkäin kumpupilven, kypsän ukkospilven vaiheen ja rappeutumisvaiheen läpi.

Ukkospilvien luokitus

Kerran ukkosmyrskyt luokiteltiin sen mukaan, missä ne havaittiin, kuten paikalliset, frontaaliset tai orografiset. Ukkosmyrskyt luokitellaan nykyään yleisempää ukkosmyrskyjen ominaisuuksien mukaan, ja nämä ominaisuudet riippuvat pääasiassa meteorologisesta ympäristöstä, jossa ukkosmyrsky kehittyy.

Pääasiallinen välttämätön ehto ukkospilvien muodostumiselle on ilmakehän epävakaustila, joka muodostaa nousuja. Tällaisten virtausten suuruudesta ja voimakkuudesta riippuen muodostuu erityyppisiä ukkospilviä.

yksisoluinen pilvi

Yksisoluiset cumulonimbus-pilvet kehittyvät heikon tuulen päivinä matalagradientisessa barikentässä. Niitä kutsutaan myös massan sisäinen tai paikallisia ukkosmyrskyjä. Ne koostuvat konvektiivisesta kennosta, jonka keskiosassa on ylöspäin suuntautuva virtaus. Ne voivat saavuttaa salaman ja rakeiden voimakkuuden ja romahtaa nopeasti sateen mukana. Tällaisen pilven mitat ovat: poikittainen - 5-20 km, pystysuora - 8-12 km, elinajanodote - noin 30 minuuttia, joskus - jopa 1 tunti. Vakavia säämuutoksia ukkosmyrskyn jälkeen ei esiinny.

Yhden solupilven elinkaari

Ukkosmyrsky alkaa hienosääisellä kumpupilvellä (Cumulus humilis). Suotuisissa olosuhteissa syntyvät kumpupilvet kasvavat nopeasti sekä pysty- että vaakasuunnassa, kun taas nousevat virtaukset sijoittuvat lähes koko pilven tilavuuteen ja kasvavat 5 m/s:sta 15-20 m/s:iin. Alavirtaukset ovat erittäin heikkoja. Ympäristön ilma tunkeutuu aktiivisesti pilveen johtuen sekoittumisesta pilven rajalla ja yläosassa. Pilvi siirtyy Cumulus mediocris -vaiheeseen. Pienimmät vesipisarat, jotka muodostuvat tällaisessa pilvessä kondensaation seurauksena, sulautuvat suurempiin pisaroihin, jotka kulkeutuvat voimakkaiden ylöspäin suuntautuvien virtausten mukana. Pilvi on edelleen homogeeninen, koostuu vesipisaroista, joita pitää nouseva virtaus - sadetta ei putoa. Pilven yläosassa, kun vesihiukkaset tulevat negatiivisten lämpötilojen alueelle, pisarat alkavat vähitellen muuttua jääkiteiksi. Pilvestä tulee voimakas kumpupilvi (Cumulus congestus). Pilven sekoitettu koostumus johtaa pilvielementtien laajenemiseen ja sadeolosuhteiden luomiseen. Tällaista pilviä kutsutaan cumulonimbus-pilveksi (Cumulonimbus) tai kaljuksi cumulonimbus-pilveksi (Cumulonimbus calvus). Pystyvirtaukset siinä saavuttavat 25 m/s ja huipun korkeus 7–8 km.

Haihtuvat sadehiukkaset jäähdyttävät ympäröivää ilmaa, mikä lisää edelleen alasvirtausta. Kypsyysasteella pilvessä on samanaikaisesti sekä nousevia että laskevia ilmavirtoja.

Lampenemisvaiheessa pilviä hallitsevat alasvedot, jotka peittävät vähitellen koko pilven.

Monisolurypäleen ukkosmyrskyjä

Kaavio monisoluisesta ukkosmyrskyrakenteesta

Tämä on yleisin ukkosmyrskytyyppi, joka liittyy mesoskaalaisiin häiriöihin (mittakaavaltaan 10–1000 km). Monisoluinen klusteri koostuu ryhmästä ukkosmyrskysoluja, jotka liikkuvat yksikkönä, vaikka kukin klusterin solu on eri vaiheessa ukkospilven kehittymisessä. Kypsät ukkosen solut sijaitsevat yleensä klusterin keskiosassa, kun taas rappeutuvat solut sijaitsevat klusterin suojapuolen puolella. Niiden poikittaismitat ovat 20-40 km, niiden huiput kohoavat usein tropopausiin ja tunkeutuvat stratosfääriin. Monisoluiset ukkosmyrskyt voivat tuottaa rakeita, sadekuuroja ja suhteellisen heikkoja myrskyjä. Jokainen yksittäinen solu monisoluisessa klusterissa on kypsässä tilassa noin 20 minuuttia; itse monisoluinen klusteri voi olla olemassa useita tunteja. Tämän tyyppinen ukkosmyrsky on yleensä voimakkaampi kuin yksisoluinen ukkosmyrsky, mutta paljon heikompi kuin supersolumyrsky.

Monisolulinjan ukkosmyrskyt (squall rivit)

Monisolulinjan ukkosmyrskyt ovat ukkosmyrskyjä, joiden eturintamalla on pitkä, hyvin kehittynyt puuskirinta. Squall-viiva voi olla jatkuva tai sisältää aukkoja. Lähestyvä monisolulinja näyttää tummalta pilviseinämältä, joka yleensä peittää horisontin länsipuolelta (pohjoisella pallonpuoliskolla). Suuri määrä lähekkäin sijaitsevia nousevia/laskevia ilmavirtoja mahdollistaa tämän ukkosmyrskykompleksin luokittelun monisoluiseksi ukkosmyrskyksi, vaikka sen ukkosen rakenne eroaa jyrkästi monisoluisesta ukkosmyrskystä. Myrskylinjat voivat tuottaa suuria rakeita ja voimakkaita kaatosateita, mutta ne tunnetaan yleisemmin järjestelminä, jotka luovat voimakkaita alasvirtauksia. Myrskyviiva on ominaisuuksiltaan samanlainen kuin kylmärintama, mutta se on paikallinen seuraus ukkosmyrskyjen toiminnasta. Usein kylmän rintaman edellä esiintyy myrskyviivaa. Tutkakuvissa tämä järjestelmä muistuttaa kaarevaa keulaa (jousikaiku). Tämä ilmiö on tyypillinen Pohjois-Amerikalle, Euroopassa ja Venäjän eurooppalaisella alueella sitä havaitaan harvemmin.

Supercell ukkosmyrskyjä

Supersolupilven pysty- ja vaakarakenne

Supersolu on parhaiten organisoitunut ukkospilvi. Supersolupilvet ovat suhteellisen harvinaisia, mutta ne ovat suurin uhka ihmisten terveydelle ja elämälle ja omaisuudelle. Supersolupilvi on samanlainen kuin yksisolupilvi, koska molemmilla on sama nousuvyöhyke. Erona on, että solun koko on valtava: halkaisija noin 50 km, korkeus 10-15 km (usein yläraja tunkeutuu stratosfääriin) yhdellä puoliympyrän muotoisella alasimella. Nousevan virtauksen nopeus supersolupilvessä on paljon suurempi kuin muun tyyppisissä ukkospilvissä: jopa 40–60 m/s. Tärkein ominaisuus, joka erottaa supersolupilven muista pilvistä, on pyöriminen. Pyörivä ylävirtaus supersolupilvessä (kutsutaan tutkaterminologiassa) mesosykloni), luo äärimmäisiä sääilmiöitä, kuten jättiläisen rakeita(halkaisijaltaan yli 5 cm), voimakkaat tuulet jopa 40 m/s ja voimakkaat tuhoavat tornadot. Ympäristöolosuhteet ovat tärkeä tekijä supersolupilven muodostumisessa. Tarvitaan erittäin vahvaa ilman konvektiivista epävakautta. Ilman lämpötilan lähellä maata (ennen ukkosmyrskyä) tulee olla +27 ... +30 ja korkeampi, mutta tärkein välttämätön edellytys on vaihtelevan suunnan tuuli, joka aiheuttaa pyörimisen. Tällaiset olosuhteet saavutetaan tuulen leikkauksella keskitroposfäärissä. Nousussa muodostunut sade kulkeutuu pilven ylätasoa pitkin voimakkaana virtauksena alasvirtausvyöhykkeelle. Siten nousevan ja laskevan virtauksen vyöhykkeet erotetaan avaruudessa, mikä varmistaa pilven eliniän pitkäksi aikaa. Supersolupilven etureunassa on yleensä kevyttä sadetta. Voimakkaat sateet ovat lähellä ylävirtausvyöhykettä, kun taas eniten sadetta ja suuria rakeita sataa koilliseen ylävirtausvyöhykkeestä. Vaarallisimmat olosuhteet esiintyvät lähellä päävirtausaluetta (yleensä siirtynyt ukkosmyrskyn takaosaan).

Supercell (Englanti) super ja solu- solu) - eräänlainen ukkosmyrsky, jolle on ominaista mesosykloni - syvä, voimakkaasti pyörivä ylävirtaus. Tästä syystä tällaisia ​​myrskyjä kutsutaan joskus pyöriviksi ukkosmyrskyiksi. Neljästä länsimaisen luokituksen mukaisesta ukkosmyrskytyypistä (supersolu, squalline, monisoluinen ja yksisoluinen) supersolut ovat vähiten yleisiä ja voivat aiheuttaa suurimman vaaran. Supersolut ovat usein eristettyjä muista ukkosmyrskyistä, ja niiden etujänneväli voi olla jopa 32 kilometriä.

Supercell auringonlaskun aikaan

Supersellit jaetaan usein kolmeen tyyppiin: klassikko; alhainen sademäärä (LP); ja korkea sademäärä (HP). LP-tyyppiset supersolut muodostuvat yleensä kuivemmissa ilmastoissa, kuten Yhdysvaltojen ylänkölaaksoissa, kun taas HP-tyyppiset supersolut ovat yleisempiä kosteammissa ilmastoissa. Supersoluja voi esiintyä kaikkialla maailmassa, jos sääolosuhteet ovat oikeat niiden muodostumiselle, mutta ne ovat yleisimpiä Yhdysvaltain Great Plainsissa, alueella, joka tunnetaan nimellä Tornado Valley. Niitä voidaan havaita myös Argentiinan, Uruguayn ja Etelä-Brasilian tasangoilla.

Ukkospilvien fyysiset ominaisuudet

Ilma- ja tutkatutkimukset osoittavat, että yksittäinen ukkoskenno saavuttaa yleensä noin 8-10 kilometrin korkeuden ja elää noin 30 minuuttia. Yksittäinen ukkosmyrsky koostuu yleensä useista eri kehitysvaiheissa olevista soluista ja kestää noin tunnin. Suuret ukkosmyrskyt voivat olla halkaisijaltaan kymmeniä kilometrejä, niiden huippu voi nousta yli 18 kilometrin korkeuteen ja kestää useita tunteja.

Ylävirta ja alavirta

Yksittäisissä ukkosmyrskyissä nousu- ja laskuvirrat ovat tyypillisesti halkaisijaltaan 0,5-2,5 km ja korkeus 3-8 km. Joskus ylävirran halkaisija voi olla 4 km. Lähellä maan pintaa purojen halkaisija yleensä kasvaa ja nopeus niissä laskee verrattuna yläpuolella oleviin puroihin. Ylösvirtauksen tyypillinen nopeus on välillä 5-10 m/s ja saavuttaa suurten ukkosmyrskyjen yläosassa 20 m/s. Tutkimuskoneet, jotka lentävät ukkospilven läpi 10 000 metrin korkeudessa, tallentavat nousun nopeuksia yli 30 m/s. Voimakkaimmat nousut havaitaan järjestäytyneissä ukkosmyrskyissä.

Tuuletus

Ennen elokuun 2010 myrskyä Gatchinassa

Joissakin ukkosmyrskyissä kehittyy voimakkaita alasvirtauksia, jotka aiheuttavat tuhoisia tuulia maan pinnalle. Tällaisia ​​alavirtauksia kutsutaan koosta riippuen myrskyjä tai mikromyrskyt. Halkaisijaltaan yli 4 km:n myrsky voi aiheuttaa jopa 60 m/s tuulia. Mikrosqualls ovat pienempiä, mutta aiheuttavat tuulen nopeudet jopa 75 m/s. Jos myrskyn aiheuttava ukkosmyrsky muodostuu riittävän lämpimästä ja kosteasta ilmasta, niin mikromyrskyyn liittyy voimakkaita sadekuuroja. Jos ukkosmyrsky kuitenkin muodostuu kuivasta ilmasta, sade voi haihtua syksyn aikana (ilmassa leviävät sadenauhat tai virga) ja mikromyrsky on kuivaa. Alassyväykset ovat vakava vaara lentokoneille, etenkin nousun tai laskun aikana, koska ne aiheuttavat tuulta lähellä maata ja äkillisiä nopeuden ja suunnan muutoksia.

Pystysuuntainen kehitys

Yleensä aktiivinen konvektiivinen pilvi nousee, kunnes se menettää kelluutensa. Kelluvuuden menetys johtuu pilvisessä ympäristössä syntyvästä sateesta tai sekoittumisesta ympäröivään kuivaan kylmään ilmaan tai näiden kahden prosessin yhdistelmästä. Pilvien kasvua voidaan pysäyttää myös estävä inversiokerros eli kerros, jossa ilman lämpötila nousee korkeuden mukana. Ukkospilvet saavuttavat yleensä noin 10 kilometrin korkeuden, mutta joskus jopa yli 20 kilometrin korkeudet. Kun ilmakehän kosteus ja epävakaus ovat korkeat, suotuisilla tuulilla pilvi voi kasvaa tropopausiin, kerrokseen, joka erottaa troposfäärin stratosfääristä. Tropopaussille on ominaista lämpötila, joka pysyy suunnilleen vakiona korkeuden kasvaessa ja tunnetaan erittäin vakaana alueena. Heti kun ylävirtaus alkaa lähestyä stratosfääriä, pilven huipulla oleva ilma muuttuu melko pian ympäröivää ilmaa kylmemmäksi ja raskaammaksi, ja yläosan kasvu pysähtyy. Tropopaussin korkeus riippuu alueen leveysasteesta ja vuodenajasta. Se vaihtelee napa-alueiden 8 km:stä 18 km:iin ja korkeampaan päiväntasaajan lähellä.

Kun kumpupilvi saavuttaa tropopaussin inversion estävän kerroksen, se alkaa levitä ulospäin ja muodostaa ukkospilville ominaisen "alasimen". Alasimen korkeudella puhaltava tuuli puhaltaa yleensä pilvimateriaalia tuulen suuntaan.

Turbulenssi

Ukkospilven läpi lentävä lentokone (cumulonimbus-pilviin lentää kielletty) joutuu yleensä turbulenssiin, joka heittelee konetta ylös, alas ja sivuttain myrskyisten pilvivirtojen vaikutuksesta. Ilmakehän turbulenssi aiheuttaa epämukavuuden tunteen lentokoneen miehistölle ja matkustajille ja aiheuttaa ei-toivottuja rasituksia lentokoneeseen. Turbulenssi mitataan eri yksiköissä, mutta useammin se määritellään yksiköissä g - vapaan pudotuksen kiihtyvyys (1g = 9,8 m / s 2). Yhden g:n tuulenpuuska aiheuttaa ilma-aluksille vaarallista turbulenssia. Voimakkaiden ukkosmyrskyjen yläosassa rekisteröitiin pystysuuntaisia ​​kiihtyvyksiä kolmeen grammaan asti.

Ukkosmyrsky liike

Ukkospilven nopeus ja liike riippuvat maan suunnasta, ensisijaisesti pilven nousevien ja laskevien virtausten vuorovaikutuksesta ilmakehän keskikerroksissa olevien kantoilmavirtojen kanssa, joissa ukkosmyrsky kehittyy. Yksittäisen ukkosmyrskyn nopeus on yleensä luokkaa 20 km/h, mutta jotkut ukkosmyrskyt liikkuvat paljon nopeammin. Äärimmäisissä tilanteissa ukkospilvi voi liikkua 65–80 km/h nopeudella aktiivisten kylmärintamien aikana. Useimmissa ukkosmyrskyissä vanhojen ukkoskennojen haihtumisen myötä uusia ukkoskennoja ilmaantuu peräkkäin. Heikosta tuulella yksittäinen solu voi kulkea hyvin lyhyen matkan elämänsä aikana, alle kahden kilometrin; kuitenkin suuremmissa ukkosmyrskyissä uusia soluja laukaisee kypsästä solusta ulos virtaava alasvirta, joka antaa vaikutelman nopeasta liikkeestä, joka ei aina vastaa tuulen suuntaa. Suurissa monisoluisissa ukkosmyrskyissä on kuvio, jossa uusi solu muodostuu kantoilmavirran oikealle puolelle pohjoisella pallonpuoliskolla ja kantoilmavirran vasemmalle puolelle eteläisellä pallonpuoliskolla.

Energiaa

Ukkosmyrskyn voimana on piilevä lämpö, ​​joka vapautuu, kun vesihöyry tiivistyy ja muodostaa pilvipisaroita. Jokaista ilmakehässä tiivistyvää vesigrammaa kohden vapautuu noin 600 kaloria lämpöä. Kun vesipisarat jäätyvät pilven huipulla, vapautuu noin 80 kaloria lisää grammaa kohden. Vapautunut piilevä lämpöenergia muunnetaan osittain ylöspäin suuntautuvan virtauksen kineettiseksi energiaksi. Karkea arvio ukkosmyrskyn kokonaisenergiasta voidaan tehdä pilvestä saostuneen veden kokonaismäärästä. Tyypillistä on 100 miljoonan kilowattitunnin luokkaa oleva energia, joka vastaa karkeasti 20 kilotonnia ydinvarausta (vaikka tätä energiaa vapautuu paljon suuremmassa tilavuudessa ja paljon pidemmän ajan kuluessa). Suurissa monisoluisissa ukkosmyrskyissä voi olla 10-100 kertaa enemmän energiaa.

Alasvirtaus ja myrskyrintama

Edessä myrskyinen voimakas ukkosmyrsky

Ukkosmyrskyjen alasvedot tapahtuvat korkeuksissa, joissa ilman lämpötila on alhaisempi kuin ympäröivän tilan lämpötila, ja tämä virta tulee vielä kylmemmäksi, kun sadejäähiukkaset alkavat sulaa siinä ja pilvepisarat haihtuvat. Alasvedossa oleva ilma ei ole vain ympäröivää ilmaa tiheämpää, vaan se kuljettaa myös vaakasuuntaista kulmaliikettä, joka eroaa ympäröivästä ilmasta. Jos alasvirtaus tapahtuu esimerkiksi 10 km:n korkeudessa, se saavuttaa maan pinnan vaakasuuntaisella nopeudella, joka on huomattavasti suurempi kuin tuulen nopeus lähellä maata. Maan lähellä tätä ilmaa siirretään eteenpäin ennen ukkosmyrskyä nopeudella, joka on suurempi kuin koko pilven nopeus. Siksi maassa oleva tarkkailija tuntee ukkosmyrskyn lähestyvän kylmää ilmavirtaa pitkin jo ennen kuin ukkospilvi on pään yläpuolella. Maata pitkin etenevä alasvirtaus muodostaa vyöhykkeen, jonka syvyys on 500 metristä 2 km:iin ja jossa on selvä ero virran kylmän ilman ja lämpimän, kostean ilman välillä, josta ukkosmyrsky muodostuu. Tällaisen myrskyrintaman läpikulku on helppo määrittää tuulen lisääntymisen ja äkillisen lämpötilan laskun perusteella. Viidessä minuutissa ilman lämpötila voi laskea 5 °C tai enemmän. Myrsky muodostaa ominaisen rangaistusportin, jolla on vaaka-akseli, jyrkkä lämpötilan lasku ja tuulen suunnan muutos.

Äärimmäisissä tapauksissa alasvedon aiheuttama myrskyrintama voi saavuttaa yli 50 m/s nopeuden ja aiheuttaa vahinkoja koteille ja satoille. Useammin kovia myrskyjä esiintyy, kun ukkosmyrskyjen järjestäytyminen kehittyy kovissa tuuliolosuhteissa keskikorkeudella. Samaan aikaan ihmiset saattavat ajatella, että nämä tuhot ovat tornadon aiheuttamia. Jos ei ole todistajia, jotka olisivat nähneet tornadon ominaisen suppilopilven, tuhon syy voidaan määrittää tuulen aiheuttaman tuhon luonteen perusteella. Tornadoissa tuho on pyöreä, ja alasvedon aiheuttama ukkosmyrsky kuljettaa tuhoa pääasiassa yhteen suuntaan. Kylmää säätä seuraa yleensä sade. Joissakin tapauksissa sadepisarat haihtuvat kokonaan syksyn aikana, mikä johtaa kuivaan ukkosmyrskyyn. Päinvastaisessa tilanteessa, joka on tyypillistä ankarille monisolu- ja supersoluukkosmyrskyille, on rankkasadetta ja rakeita aiheuttaen äkillisiä tulvia.

Tornadot

Tornado on voimakas pienimuotoinen pyörre ukkospilvien alla, jonka akseli on suunnilleen pystysuora, mutta usein kaareva. Tornadon reunalta keskipisteeseen havaitaan 100–200 hPa:n paine-ero. Tuulen nopeus tornadoissa voi ylittää 100 m/s, teoriassa se voi saavuttaa äänen nopeuden. Venäjällä tornadot esiintyvät suhteellisen harvoin, mutta ne aiheuttavat valtavia vahinkoja. Suurin tornadotaajuus esiintyy Venäjän Euroopan osan eteläosassa.

Livni

Pienissä ukkosmyrskyissä viiden minuutin kova sadehuippu voi ylittää 120 mm/h, mutta muu sade on suuruusluokkaa pienempi. Keskimääräinen ukkosmyrsky tuottaa noin 2 000 kuutiometriä sadetta, mutta suuri ukkosmyrsky voi tuottaa kymmenkertaisen määrän. Mesokokoisiin konvektiivisiin järjestelmiin liittyvät suuret järjestäytyneet ukkosmyrskyt voivat tuottaa 10-1000 miljoonaa kuutiometriä sadetta.

Ukkospilven sähköinen rakenne

Varausten rakenne ukkospilvissä eri alueilla

Sähkövarausten jakautuminen ja liikkuminen ukkospilvessä ja sen ympärillä on monimutkainen, jatkuvasti muuttuva prosessi. Siitä huolimatta on mahdollista esittää yleiskuva sähkövarausten jakautumisesta pilven kypsyysvaiheessa. Dominoi positiivinen dipolirakenne, jossa positiivinen varaus on pilven yläosassa ja negatiivinen varaus sen alapuolella pilven sisällä. Pilven pohjalla ja sen alapuolella havaitaan pienempi positiivinen varaus. Ilmakehän ionit, jotka liikkuvat sähkökentän vaikutuksesta, muodostavat suojakerroksia pilven rajoilla peittäen pilven sähköistä rakennetta ulkoiselta tarkkailijalta. Mittaukset osoittavat, että erilaisissa maantieteellisissä olosuhteissa ukkospilven negatiivinen päävaraus sijaitsee korkeuksissa, joiden ympäristön lämpötila on -5 - -17 °C. Mitä suurempi nousunopeus pilvessä, sitä korkeampi on negatiivisen varauksen keskus. Tilavarauksen tiheys on 1-10 C/km³. Merkittävä osa ukkosmyrskyistä on käänteisen varauksen rakennetta: - negatiivinen varaus pilven yläosassa ja positiivinen varaus pilven sisäosassa sekä monimutkainen rakenne, jossa on neljä tai useampia avaruusvyöhykkeitä. eri napaisuuden varauksia.

sähköistysmekanismi

Useita mekanismeja on ehdotettu selittämään ukkospilven sähköisen rakenteen muodostumista, ja tämä tieteenala on edelleen aktiivisen tutkimuksen ala. Päähypoteesi perustuu siihen, että jos suuremmat ja raskaammat pilvipartikkelit ovat pääasiassa negatiivisesti varautuneita ja kevyemmät pienet hiukkaset kantavat positiivisen varauksen, niin avaruusvarausten avaruudellinen erottuminen johtuu siitä, että suuret hiukkaset putoavat suuremmalla nopeudella kuin pienet pilvikomponentit. Tämä mekanismi on yleensä yhdenmukainen laboratoriokokeiden kanssa, jotka osoittavat voimakasta varauksen siirtymistä, kun jääpellettien hiukkaset (jyvät ovat jäätyneiden vesipisaroiden huokoisia hiukkasia) tai rakehiukkaset ovat vuorovaikutuksessa jääkiteiden kanssa alijäähdytettyjen vesipisaroiden läsnä ollessa. Kosketuksissa siirtyvän varauksen merkki ja suuruus riippuvat ympäröivän ilman lämpötilasta ja pilven vesipitoisuudesta, mutta myös jääkiteiden koosta, törmäyksen nopeudesta ja muista tekijöistä. On myös mahdollista muiden sähköistysmekanismien toiminta. Kun pilveen kertyneen tilavuussähkövarauksen suuruus kasvaa riittävän suureksi, tapahtuu salamapurkaus päinvastaisella etumerkillä varautuneiden alueiden välillä. Purkaus voi tapahtua myös pilven ja maan, pilven ja neutraalin ilmakehän, pilven ja ionosfäärin välillä. Tyypillisessä ukkosmyrskyssä kahdesta kolmasosasta 100 prosenttiin päästöistä on pilvensisäisiä, pilvenvälisiä tai pilvistä ilmaan tapahtuvia purkauksia. Loput ovat pilvestä maahan -purkauksia. Viime vuosina on käynyt selväksi, että salama voidaan laukaista keinotekoisesti pilvessä, joka ei normaaliolosuhteissa siirry ukkosmyrskyvaiheeseen. Pilvissä, joissa on sähköistysvyöhykkeitä ja jotka luovat sähkökenttiä, salaman voi laukaista voimakkaiden sähkökenttien vyöhykkeellä olevat vuoret, korkeat rakennukset, lentokoneet tai raketit.

Zarnitsa - hetkellisiä valon välähdyksiä horisontissa kaukaisen ukkosmyrskyn aikana.

Salaman aikana ukkosen jylinää ei kuulu etäisyyden vuoksi, mutta näkee salaman välähdyksiä, joiden valo heijastuu cumulonimbus-pilvistä (pääasiassa niiden huipulta). Ilmiö havaitaan hämärässä, pääasiassa heinäkuun 5. päivän jälkeen, viljasadon korjuun aikaan, joten salama ajoitettiin ihmisten toimesta kesän loppuun, sadonkorjuun alkuun, ja sitä kutsutaan joskus leipuriksi.

lumimyrsky

Kaavio lumimyrskyn muodostumisesta

Lumimyrsky (myös lumimyrsky) on ukkosmyrsky, hyvin harvinainen sääilmiö, joka esiintyy maailmassa 5-6 kertaa vuodessa. Rankan sateen sijaan sataa rankkaa lunta, jäätävää sadetta tai jääpellettejä. Termiä käytetään pääasiassa populaaritieteellisessä ja ulkomaisessa kirjallisuudessa (eng. ukkoslunta). Ammatillisessa venäläisessä meteorologiassa tätä termiä ei ole olemassa: tällaisissa tapauksissa on sekä ukkosmyrskyä että kovaa lunta.

Talvisin ukkosmyrskyt mainitaan muinaisissa venäläisissä kronikoissa: ukkosmyrskyjä talvella vuonna 1383 (oli "erittäin kauhea ukkonen ja pyörretuuli on voimakas"), vuonna 1396 (Moskovassa 25. joulukuuta "... oli ukkosta, ja pilvi keskipäivän maasta”), vuonna 1447 (Novgorodissa 13. marraskuuta "... keskiyöllä kauhea ukkonen ja salama on suuri"), vuonna 1491 (Pihkovassa 2. tammikuuta he kuulivat ukkonen).

Täydellisen arvaamattomuuden ja valtavan voiman vuoksi salama(salamapurkaus), ne aiheuttavat mahdollisen vaaran useille voimalaitoksille. Nykytiede on kerännyt suuren määrän teoreettista tietoa ja käytännön tietoa ukkossuojaus ja salamatoiminta, mikä mahdollistaa teollisuuden ja siviilienergiainfrastruktuurin ukkossuojaukseen liittyvien vakavien ongelmien ratkaisemisen. Tämä artikkeli käsittelee fyysistä ukkosmyrskyjen luonne ja salaman käyttäytyminen, jonka tuntemisesta on hyötyä tehokkaan ukkossuojauksen järjestämisessä ja integroidun järjestelmän luomisessa sähköasemien maadoitusta varten.

Luonto salama ja myrskypilvet

Lämpimänä vuodenaikana keskimmäisillä leveysasteilla syklonin liikkeen aikana, riittävällä kosteudella ja voimakkailla nousevilla ilmavirroilla, tapahtuu usein salamapurkauksia (salama). Syynä tähän luonnonilmiöön on ilmakehän sähkön (varautuneiden hiukkasten) valtava keskittyminen ukkospilviin, joissa nousevien virtojen läsnä ollessa negatiiviset ja positiiviset varaukset erottuvat varautuneiden hiukkasten kerääntyessä pilven eri osiin. Nykyään on olemassa useita teorioita ilmakehän sähköstä ja ukkospilvien sähköistymisestä tärkeimpinä tekijöinä, jotka vaikuttavat suoraan integroidun ukkossuojan suunnitteluun ja luomiseen sekä voimalaitosten maadoitukseen.

Nykyaikaisten käsitteiden mukaan varautuneiden hiukkasten muodostuminen pilvissä liittyy sähkökentän läsnäoloon lähellä maata, jolla on negatiivinen varaus. Lähellä planeetan pintaa sähkökentän voimakkuus on 100 V/m. Tämä arvo on lähes sama kaikkialla, se ei riipu mittausten ajasta ja paikasta. Maan sähkökenttä johtuu ilmakehän ilmassa olevista vapaista varautuneista hiukkasista, jotka ovat jatkuvassa liikkeessä.

Esimerkiksi 1 cm3:ssa ilmaa on yli 600 positiivisesti varautunutta hiukkasta ja sama määrä negatiivisesti varautuneita hiukkasia. Kun etäisyys maanpinnasta ilmassa on, varautuneiden hiukkasten tiheys kasvaa jyrkästi. Maan lähellä ilman sähkönjohtavuus on mitätön, mutta jo yli 80 km korkeudessa sähkönjohtavuus kasvaa kertoimella 3 000 000 000 (!) ja tulee yhtä suureksi kuin makean veden johtavuus. Jos piirretään analogioita, niin ensimmäisessä likiarvossa planeettamme voidaan verrata valtavaan pallon muodossa olevaan kondensaattoriin.

Tässä tapauksessa laatoiksi otetaan maan pinta ja ilmakerros, joka on keskittynyt kahdeksankymmenen kilometrin korkeuteen maan pinnasta. Ilmakehän 80 km paksuinen osa, jolla on alhainen sähkönjohtavuus, toimii eristimenä. Virtuaalikondensaattorin levyjen väliin syntyy jopa 200 kV jännite, ja virran voimakkuus voi olla jopa 1 400 A. Tällaisella kondensaattorilla on uskomaton teho - noin 300 000 kW (!). Planeetan sähkökentässä 1-8 kilometrin korkeudella maan pinnasta tiivistyy varautuneita hiukkasia ja syntyy ukkosmyrskyjä, jotka huonontavat sähkömagneettista ympäristöä ja ovat impulssikohinan lähde energiajärjestelmissä.

Ukkosmyrskyilmiöt luokitellaan frontaali- ja lämpömyrskyihin. Kuvassa Kuvassa 1 on kaavio lämpömyrskyn esiintymisestä. Voimakkaan auringonvalon vaikutuksesta maan pinta lämpenee. Osa lämpöenergiasta siirtyy ilmakehään ja lämmittää sen alempia kerroksia. Lämpimät ilmamassat laajenevat ja nousevat korkeammalle. Jo kahden kilometrin korkeudessa ne saavuttavat alhaisten lämpötilojen alueen, jossa tapahtuu kosteuden tiivistymistä ja muodostuu ukkospilviä. Nämä pilvet koostuvat mikroskooppisista vesipisaroista, joissa on varaus. Pääsääntöisesti ukkospilvet muodostuvat kuumina kesäpäivinä iltapäivällä ja ovat kooltaan suhteellisen pieniä.

Frontaalimyrskyt muodostuvat olosuhteissa, joissa kaksi erilämpöistä ilmavirtaa törmäävät etuosien kanssa. Matalalämpöisen ilman virtaus laskee, lähemmäs maata, ja lämpimät ilmamassat ryntäävät ylös (kuva 2). Ukkospilviä muodostuu korkeissa lämpötiloissa, joissa kostea ilma tiivistyy. Frontaaliset ukkosmyrskyt voivat olla melko laajat ja kattavat merkittävän alueen.

Samalla taustasähkömagneettinen ympäristö vääristyy huomattavasti, mikä aiheuttaa impulssikohinaa sähköverkoissa. Tällaiset rintamat liikkuvat nopeudella 5-150 km/h ja enemmän. Toisin kuin lämpöukkosmyrskyt, frontaalimyrskyt ovat aktiivisia lähes ympäri vuorokauden ja aiheuttavat vakavan vaaran teollisuuslaitoksille, joita ei ole varustettu salamansuojajärjestelmällä ja tehokkaalla maadoituksella. Kondensoituessa kylmän ilman sähkökentässä muodostuu polarisoituneita vesipisaroita (kuva 3): pisaroiden alaosassa on positiivinen varaus ja yläosassa negatiivinen varaus.

Nousevien ilmavirtojen takia vesipisaroiden erottuminen tapahtuu: pienemmät nousevat ylös ja suuret putoavat alas. Pisaran liikkuessa ylöspäin pisaran negatiivisesti varautunut osa vetää puoleensa positiivisia varauksia ja hylkii negatiivisia. Tämän seurauksena pisara varautuu positiivisesti. kerää vähitellen positiivisen varauksen. Pisarat, jotka putoavat alas, houkuttelevat negatiivisia varauksia ja latautuvat negatiivisesti putoaessaan.

Varautuneiden hiukkasten fissio ukkospilvessä tapahtuu samalla tavalla: positiivisesti varautuneet hiukkaset kerääntyvät ylempään kerrokseen ja negatiivisesti varautuneet hiukkaset kerääntyvät alempaan kerrokseen. Ukkospilvi ei käytännössä ole johdin, ja tästä syystä varaukset säilyvät jonkin aikaa. Jos pilven voimakkaampi sähkökenttä vaikuttaa "selkeän sään" sähkökenttään, niin se muuttaa suuntaa paikassa (kuva 4).

Varautuneiden hiukkasten jakautuminen pilven massassa on erittäin epätasaista:
joissakin kohdissa tiheydellä on maksimiarvo ja toisissa - pieni arvo. Suuren määrän varausten kerääntymispaikalle muodostuu vahva sähkökenttä, jonka kriittinen voimakkuus on luokkaa 25-30 kV / cm, sopivat olosuhteet salaman muodostumiselle. Salama salama on kuin kipinä, joka havaitaan elektrodien välisessä raossa, jotka johtavat hyvin sähköä.

Ilmakehän ilman ionisaatio

Ilmakehän ilma koostuu kaasuseoksesta: typpi, happi, inertit kaasut ja vesihöyry. Näiden kaasujen atomit yhdistyvät vahvoiksi ja pysyviksi sidoksiksi, jolloin muodostuu molekyylejä. Jokainen atomi on protoniydin, jolla on positiivinen varaus. Negatiivisen varauksen omaavat elektronit ("elektronipilvi") kiertävät ytimen ympäri.

Kvantitatiivisesti ytimen varaus ja elektronien kokonaisvaraus ovat keskenään yhtä suuret. Ionisaation aikana elektronit poistuvat atomista (molekyylistä). Ilmakehän ionisaatioprosessissa muodostuu 2 varattua hiukkasta: positiivinen ioni (ydin elektroneilla) ja negatiivinen ioni (vapaa elektroni). Kuten monet fysikaaliset ilmiöt, ionisaatio vaatii tietyn määrän energiaa, jota kutsutaan ilman ionisaatioenergiaksi.

Kun 2 johtavan elektrodin muodostamaan ilmakerrokseen syntyy riittävästi jännitettä, kaikki vapaasti varautuneet hiukkaset alkavat sähkökentän voimakkuuden vaikutuksesta liikkua säännöllisesti. Elektronin massa on monta kertaa (10 000 ... 100 000 kertaa) pienempi kuin ytimen massa. Tämän seurauksena, kun vapaa elektroni liikkuu ilmakerroksen sähkökentässä, tämän varautuneen hiukkasen nopeus on paljon suurempi kuin ytimen nopeus. Merkittävällä liikemäärällä elektroni irrottaa helposti uusia elektroneja molekyyleistä tehden siten ionisaation voimakkaammaksi. Tätä ilmiötä kutsutaan iskuionisaatioksi (kuva 5).

Jokaisessa törmäyksessä elektroni ei kuitenkaan irtoa molekyylistä. Joissakin tapauksissa elektronit liikkuvat epävakaille kiertoradoille kaukana ytimestä. Tällaiset elektronit saavat osan energiasta törmäävän elektronin kautta, mikä johtaa molekyylin virittymiseen (kuva 6.).

Kiihtyneen molekyylin "elinaika" on vain 10-10 sekuntia, jonka jälkeen elektroni palaa entiselle, energiavakaammalle kiertoradalle.

Kun elektroni palaa vakaalle kiertoradalle, virittynyt molekyyli lähettää fotonin. Fotoni puolestaan ​​voi tietyissä olosuhteissa ionisoida muita molekyylejä. Tätä prosessia on kutsuttu fotoionisaatioksi (kuva 7). On myös muita fotoionisaation lähteitä: korkeaenergiset kosmiset säteet, ultraviolettivalon aallot, radioaktiivinen säteily jne. (Kuva 8).

Yleensä ilmamolekyylien ionisaatio tapahtuu korkeissa lämpötiloissa. Lämpötilan noustessa lämpöliikkeeseen (kaoottiseen) liikkeeseen osallistuvat ilmamolekyylit ja vapaat elektronit hankkivat suurempaa energiaa ja törmäävät useammin toisiinsa. Tällaisten törmäysten seurauksena on ilman ionisaatio, jota kutsutaan termiseksi ionisaatioksi. Käänteisiä prosesseja voi kuitenkin tapahtua, kun varautuneet hiukkaset neutraloivat omat varauksensa (rekombinaatio). Rekombinaatioprosessissa havaitaan voimakasta fotonien emissiota.

Virtausten muodostuminen ja koronapurkaus

Kun sähkökentän voimakkuus kasvaa kriittisiin arvoihin varautuneiden levyjen välisessä ilmavälissä, voi kehittyä iskuionisaatiota, mikä on usein syynä suurtaajuiseen impulssiääneen. Sen olemus on seuraava: yhden molekyylin elektronin ionisoinnin jälkeen ilmaantuu kaksi vapaata elektronia ja yksi positiivinen ioni. Myöhemmät törmäykset johtavat 4 vapaan elektronin ja 3 ionin ilmaantumiseen positiivisella varauksella.

Siten ionisaatio saa lumivyörymäisen luonteen, johon liittyy valtavan määrän vapaita elektroneja ja positiivisia ioneja muodostumista (kuvat 9 ja 10). Positiiviset ionit kerääntyvät negatiivisen elektrodin lähelle ja negatiivisesti varautuneet elektronit siirtyvät positiiviselle elektrodille.

Ionisaatioprosessissa vapaat elektronit saavat suuremman liikkuvuuden kuin ionit, joten jälkimmäisiä voidaan ehdollisesti pitää liikkumattomina hiukkasina. Kun elektronit siirtyvät positiiviselle elektrodille, jäljellä olevat positiiviset varaukset vaikuttavat voimakkaasti sähkökentän tilaan, mikä johtaa sen voimakkuuden kasvuun. Suuri määrä fotoneja kiihdyttää ilman ionisaatiota lähellä anodia ja edistää sekundäärielektronien ilmaantumista (kuva 11), jotka ovat toistuvien lumivyöryjen lähteitä (kuva 12).

Syntyvät toissijaiset lumivyöryt siirtyvät kohti anodia, jossa positiivinen varaus keskittyy. Vapaat elektronit murtautuvat positiivisen tilavarauksen läpi, jolloin muodostuu melko kapea kanava (streamer), jossa plasma sijaitsee. Erinomaisen johtavuuden ansiosta streamer "pidentää" anodia, samalla kun vapaiden elektronien lumivyöryjen muodostumisprosessi kiihtyy ja sähkökentän voimakkuus kasvaa edelleen (kuvat 13 ja 14) siirtyen kohti päätä. streameri. Ylimääräiset elektronit sekoittuvat positiivisten ionien kanssa, mikä taas johtaa plasman muodostumiseen, minkä vuoksi streamer-kanava pitenee.

Riisi. 13. Sähkökentän voimakkuuden kasvuun liittyy fotoionisaation lisääntyminen ja se synnyttää uusia varautuneiden hiukkasten lumivyöryjä

Kun vapaa rako on täytetty streamerilla, alkaa purkauksen kipinävaihe (kuva 15), jolle on ominaista tilan supervoimakas lämpöionisaatio ja plasmakanavan ultrajohtavuus.

Kuvattu streamerin muodostusprosessi pätee pienille rakoille, joille on ominaista tasainen sähkökenttä. Kuitenkin muodon mukaan kaikki sähkökentät jaetaan homogeenisiin, hieman epähomogeenisiin ja jyrkästi epähomogeenisiin:

• Tasaisessa sähkökentässä intensiteetille voimalinjoja pitkin on ominaista vakioarvo. Esimerkkinä sähkökenttä litteän kondensaattorin keskiosassa.
• Heikosti epähomogeenisessa kentässä voimalinjoja pitkin mitatut intensiteettiarvot eroavat enintään 2 ... 3 kertaa, tällaista kenttää pidetään heikosti epähomogeenisena. Esimerkiksi sähkökenttä 2 pallomaisen pysäyttimen välillä tai sähkökenttä, joka syntyy suojatun kaapelin vaipan ja sen sydämen välillä.
• Sähkökenttää kutsutaan jyrkästi epähomogeeniseksi, jos sille on ominaista merkittävät voimakkuushypyt, jotka johtavat sähkömagneettisen ympäristön vakavaan heikkenemiseen. Teollisuuden sähköasennuksissa sähkökentillä on pääsääntöisesti jyrkästi epähomogeeninen muoto, mikä edellyttää sähkömagneettisen yhteensopivuuden tarkistamista.

Terävästi epähomogeenisessa kentässä ionisaatioprosessit kerätään lähelle positiivista tai negatiivista elektrodia. Siksi purkaus ei pääse kipinävaiheeseen, ja tässä tapauksessa varaus muodostuu koronan muodossa ("koronapurkaus"). Sähkökentän voimakkuuden lisääntyessä ilmarakoon muodostuu streameja ja syntyy kipinäpurkaus. Joten jos raon pituus on yksi metri, tapahtuu kipinäpurkaus noin 10 kV/cm kentänvoimakkuudella.

Johtava salamapurkausmuoto

Kun ilmaraon mitat ovat useita metrejä, muodostuvat streamerit eivät ole riittävän johtavia täysimittaisen purkauksen kehittymiseen. Kun streamer liikkuu, muodostuu salamapurkaus, joka saa johtajamuodon. Kanavan osa, jota kutsutaan johtajaksi, on täynnä termisesti ionisoituja hiukkasia. Johtokanavaan on keskittynyt huomattava määrä varautuneita hiukkasia, joiden tiheys on paljon suurempi kuin streamerin keskiarvo. Tämä ominaisuus tarjoaa hyvät olosuhteet streamerin muodostumiselle ja sen muuttumiselle johtajaksi.

Riisi. Kuva 16. Streamer-liikkeen prosessi ja negatiivisen johtajan syntyminen (AB on alkuvyöry; CD on muodostettu streamer).

Kuvassa Kuva 16 esittää klassisen mallin negatiivisen johtajan syntymiselle. Vapaiden elektronien virtaus siirtyy katodilta anodille. Viivoitetut kartiot osoittavat muodostuneet elektronivyöryt, ja emittoituneiden fotonien liikeradat on esitetty aaltoviivoina. Jokaisessa lumivyöryssä elektronien törmäykset ionisoivat ilman, ja tuloksena olevat fotonit ionisoivat edelleen muita ilmamolekyylejä. Ionisaatio saa massiivisen luonteen ja lukuisat lumivyöryt sulautuvat yhdeksi kanavaksi. Fotonien nopeus on 3*108 m/s ja vapaasti liikkuvien elektronien nopeus lumivyöryn etuosassa on 1,5*105 m/s.

Streaterin kehitys on nopeampaa kuin elektronien lumivyöryn eteneminen. Kuvassa Kuvio 16 esittää, että ensimmäisen lumivyöryetäisyyden AB läpikulun aikana segmenttiin CD muodostuu koko pituudelta ultrajohtava streamer-kanava. Normaali streamer liikkuu keskinopeudella 106-107 m/s. Jos vapailla elektroneilla on riittävän korkea pitoisuus, streamer-kanavassa tapahtuu voimakasta lämpöionisaatiota, mikä johtaa johtajan, lineaarisen rakenteen, jossa on plasmakomponentti, ilmestymiseen.

Johtajan liikkeen aikana sen päätyosaan muodostuu uusia streamerejä, jotka myöhemmin siirtyvät myös johtajaan. Kuvassa Kuva 17 esittää negatiivisen johtoaseman kehittymistä ilmaraossa, jossa on epähomogeeninen sähkökenttä: johtaja liikkuu streamer-kanavaa pitkin (kuvio 17a); sen jälkeen kun streamer-kanavan muuntaminen johtajaksi on valmis, ilmestyy uusia lumivyöryjä.

Riisi. 17. Suunnitelma negatiivisen johtajan muodostumiseen ja kehittymiseen pitkällä aikavälillä.

Elektronivyöryt liikkuvat läpi ilmaraon (kuva 17b) ja muodostuu uusi streamer (kuva 17c). Pääsääntöisesti streamerit liikkuvat satunnaisia ​​lentoratoja pitkin. Tällaisella salamapurkauksen muodostuessa laajennetuissa ilmaväleissä, jopa alhaisilla sähkökenttävoimakkuuksilla (1000 - 2000 V/cm), johtaja kulkee nopeasti huomattavia matkoja.

Kun johto saavuttaa vastakkaisen elektrodin, salamapurkauksen johtovaihe päättyy ja käänteisen (pää)purkauksen vaihe alkaa. Tässä tapauksessa maan pinnalta etenee sähkömagneettinen aalto johtokanavan kautta, minkä seurauksena johtajan potentiaali laskee nollaan. Tällöin elektrodien väliin muodostuu suprajohtava kanava, jonka läpi salamapurkaus kulkee.

Salamapurkauksen kehitysvaiheet

Olosuhteet salaman esiintymiselle muodostuvat siinä ukkospilven osassa, jossa varautuneiden hiukkasten kerääntyminen ja sähkökentän voimakkuus ovat saavuttaneet kynnysarvot. Tässä vaiheessa kehittyy iskuionisaatio ja muodostuu elektronivyöryjä, sitten valo- ja lämpöionisaation vaikutuksesta ilmaantuu striimareita, jotka muuttuvat johtajiksi.

a - visuaalinen näyttö; b - virran ominaisuus.

Salaman pituus on sadoista metreistä ja voi ulottua useisiin kilometreihin (salamapurkauksen keskimääräinen pituus on 5 km). Leader-tyyppisen kehityksen ansiosta salama pystyy kulkemaan huomattavia matkoja sekunnin murto-osassa. Ihmissilmä näkee salaman jatkuvana viivana, jossa on yksi tai useampi kirkas valkoinen, vaaleanpunainen tai kirkkaan sininen nauha. Itse asiassa salamapurkaus on useita impulsseja, jotka sisältävät kaksi vaihetta: johto- ja käänteispurkausvaihe.

Kuvassa Kuvassa 18 on esitetty salamaimpulssien aikapyyhkäisy, joka esittää askelten muodossa kehittyvän ensimmäisen impulssin johtoasteen purkausta. Keskimäärin askelviiva on viisikymmentä metriä ja viive vierekkäisten askelmien välillä on 30-90 µs. Johtajan keskimääräinen etenemisnopeus on 105...106 m/s.

Johtajan kehittämisen vaiheittainen muoto selittyy sillä, että johtavan streamerin muodostuminen vaatii jonkin aikaa (tauko vaiheiden välillä). Seuraavat pulssit liikkuvat ionisoitua kanavaa pitkin ja niillä on selkeä nuolen muotoinen johtoaste. Kun johtaja saavuttaa maanpinnan ensimmäisen pulssin, ilmestyy ionisoitu kanava, jota pitkin varaus liikkuu. Tällä hetkellä salamapurkauksen 2. vaihe (käänteispurkaus) alkaa.

Pääpurkaus näkyy jatkuvana kirkkaana viivana, joka lävistää ukkospilvien ja maan välisen tilan (lineaarinen salama). Kun pääpurkaus saavuttaa pilven, plasmakanavan hehku vähenee. Tätä vaihetta kutsutaan jälkihehkuksi. Yhdessä salamapurkauksessa havaitaan jopa kaksikymmentä toistuvaa impulssia, ja itse purkauksen kesto saavuttaa yhden tai useamman sekunnin.

Neljässä kymmenestä tapauksesta esiintyy moninkertaista salamapurkausta, joka on syynä sähköverkkojen impulssikohinaan. Keskimäärin havaitaan 3 ... 4 impulssia. Toistuvien pulssien luonne liittyy ukkospilven jäljellä olevien varausten asteittaiseen virtaukseen plasmakanavaan.

Salamapurkauksen valikoiva toiminta

Kun johtokanava on vasta alkamassa kehittyä, sen pään sähkökentän voimakkuus määräytyy johtovarauksen tilavuuden ja ukkospilven alla olevien bulkkivarautuneiden hiukkasten kertymisen perusteella. Purkauksen prioriteettisuunta riippuu sähkökentän maksimivoimakkuuksista. Huomattavalla korkeudella tämän suunnan määrää vain johtajan kanava (kuva 19).

Kun salamapurkauksen johtokanava siirtyy kohti maan pintaa, sen sähkökenttä vääristyy maan kentän ja massiivisten maanpäällisten voimalaitosten vaikutuksesta. Salaman johdon maksimivoimakkuusarvot ja etenemissuunnan määräävät sekä sen omat ja maahan keskittyvät varaukset että keinotekoiset rakenteet (kuva 20).

Johtajan pään korkeus H maan pinnan yläpuolella, jossa merkittävä vaikutus varauskenttien johtajan sähkökenttään kerääntyi merkittävässä määrin maahan ja voimalaitoksiin, mikä voi muuttaa johtajan liikkeen suuntaa, kutsutaan salamapurkauksen suuntauskorkeudeksi.
Mitä enemmän sähkövarauksia on johtokanavassa, sitä suurempi muutos salaman liikkeen liikeradassa voi tapahtua.

Kuva 21 esittää pääpurkauksen liikettä maan pinnalta ukkospilveen ja johtajan etenemistä kohti maata (tasainen pinta).

Kun salamapurkaus siirtyy korkealle maarakenteelle (voimansiirtotorni tai -torni) kohti ukkospilvestä maan pinnalle etenevää johtopurkausta, maatuesta kehittyy vastajohdin (kuva 22.). Tässä tapauksessa pääpurkaus tapahtuu johtajien liitoskohdassa ja liikkuu molempiin suuntiin.

Riisi. 22. Ohjausasteen (ylhäällä) ja pääpurkausasteen (alhaalla) kehittäminen, kun salamapurkaus iskee metallitukeen

Salaman muodostusprosessi osoittaa, että salaman iskun tarkka sijainti määritetään johtovaiheessa. Jos suoraan ukkospilven alla on korkea maarakennus (esimerkiksi televisiotorni tai voimalinjapyloni), niin nouseva johtaja liikkuu maata pitkin lyhintä polkua eli johtajaa kohti, joka ulottuu ylöspäin maarakenteesta.

Käytännön kokemuksen perusteella voidaan päätellä, että salama iskee useimmiten niihin voimalaitoksiin, joissa on tehokas maadoitus ja jotka johtavat hyvin sähköä. Samalla korkeudella salama iskee kohteeseen, jolla on parempi maadoitus ja korkea sähkönjohtavuus. Voimatilojen eri korkeuksilla ja jos niiden viereisellä maalla on myös eri resistanssi, salama voi iskeä alempaan, paremmin johtavaan maassa sijaitsevaan laitokseen (kuva 23).

Riisi. 23. Salamanpurkausten valikoiva herkkyys: maaperä, jolla on korkea sähkönjohtavuus (a); maaperä, jonka johtavuus on heikentynyt (b).

Tämä tosiasia voidaan selittää sillä, että johtovaiheen kehityksen aikana johtavuusvirrat kulkevat polkua pitkin, jolla on lisääntynyt johtavuus, joten joillakin alueilla on johtajaan liittyvien varausten keskittymistä. Tämän seurauksena maan pinnalla olevien varausten sähkökentän vaikutus nousevan johtajan sähkökenttään kasvaa. Tämä selittää salaman selektiivisyyden. Pääsääntöisesti kärsivät eniten maa-alueet ja maanpohjaiset keinotekoiset rakenteet, joilla on korkea johtavuus. Käytännössä on todettu, että suurjännitelinjoilla salama iskee enintään kolmannekseen tiukasti määritellyissä paikoissa sijaitsevista tuista.

Maanpäällisten kohteiden salamapurkausten selektiivisten vaurioiden teoria on saanut käytännön vahvistusta sähköasemien ukkossuojauksen ja maadoituksen järjestelyssä. Alueet, joille on ominaista alhainen johtavuus, olivat paljon vähemmän todennäköisiä salaman iskuille. Kuvassa Kuva 24 esittää sähkökentän maan ja ukkospilven välillä ennen salamaniskua.

Ukkospilven sähkökentän intensiteetin asteittaisen muutoksen myötä maaperän johtavuus tasapainottaa varausten määrää, kun pilven sähkökenttä muuttuu. Salamapurkauksen aikana kentänvoimakkuus muuttuu niin nopeasti, että maaperän alhaisen johtavuuden vuoksi ei ole aikaa jakaa varauksia uudelleen. Varausten keskittyminen erillisiin paikkoihin johtaa sähkökentän voimakkuuden kasvuun ominaisten paikkojen ja ukkospilven välillä (kuva 25), joten salamapurkaus iskee valikoivasti näihin paikkoihin.

Tämä vahvistaa selvästi salamanpurkausselektiivisyyden teorian, jonka mukaan samanlaisissa olosuhteissa salama putoaa aina niihin paikkoihin, joissa maaperän sähkönjohtavuus on lisääntynyt.

Salaman pääparametrit

Seuraavia parametreja käytetään luonnehtimaan salamavirtoja:

• Salamavirran impulssin maksimiarvo.
• Salamavirran rintaman jyrkkyysaste.
• Nykyisen pulssin etuosan kesto.
• Täysi pulssin kesto.

Salamavirtapulssin kesto on aika, joka kuluu käänteispurkauksen läpäisemiseen maan ja ukkospilven välisen etäisyyden (20...100 µs). Salamavirtapulssin etuosa on tässä tapauksessa alueella 1,5 - 10 µs.

Salamapurkausvirtapulssin keskimääräinen kesto on 50 μs. Tämä arvo on salamavirran impulssin vakioarvo testattaessa suojattujen kaapeleiden dielektristä lujuutta: niiden on kestettävä suoria salamaniskuja ja säilytettävä eristyksen eheys. Eristyksen lujuuden testaamiseksi altistuttaessa salamajänniteimpulsseille (testejä säätelee GOST 1516.2-76) käytetään salamajännitevirtojen vakioimpulssia, joka on esitetty kuvassa. 26 (laskennan helpottamiseksi todellinen eturinta pienennetään vastaavaan vinoon).

Ylijännitepyyhkäisyn pystyakselilla tasolla, joka on yhtä suuri kuin 0,3 Umax ja 0,9 Umax, on merkitty ohjauspisteet, jotka on yhdistetty suoralla viivalla. Tämän suoran leikkaus aika-akselin ja vaakasuuntaisen suoran tangentin kanssa Umax mahdollistaa pulssin keston Tf määrittämisen. Vakiosalamaimpulssin arvo on 1,2/50: missä Tf=1,2 µs, Ti=50 µs (pulssin kokonaiskesto).

Toinen salamaimpulssin tärkeä ominaisuus on jännitevirran nousunopeus pulssin etupuolella (etukulma, A * μs). Taulukossa 1 esitetään salaman purkausten pääparametrit tasaisessa maastossa. Vuoristossa salamavirtojen vaihteluiden amplitudi on laskenut (melkein kaksi kertaa) verrattuna tasangojen arvoihin. Tämä selittyy sillä, että vuoret ovat lähempänä pilviä, joten vuoristoalueilla salama tapahtuu paljon pienemmällä ukkospilvien varautuneiden hiukkasten tiheydellä, mikä johtaa salamavirtojen amplitudiarvojen laskuun.

Taulukon mukaan, kun salama iskee korkeajännitteiseen voimansiirtotorniin, syntyy valtavia virtoja - yli 200 kA. Sellaiset merkittäviä virtoja aiheuttavat salamapurkaukset ovat kuitenkin erittäin harvinaisia: yli 100 kA:n virtoja esiintyy enintään 2 %:ssa salamapurkausten kokonaismäärästä ja yli 150 kA:n virtoja alle 0,5 %:ssa tapauksista. Salamavirtojen amplitudiarvojen todennäköisyysjakauma virtojen amplitudiarvoista riippuen on esitetty kuvassa. 27. Noin 40 % kaikista salamapurkauksista on virtoja, jotka eivät ylitä 20 kA.

Riisi. 28. Salamavirtapulssin etuosan jyrkkyyden todennäköisyysjakauman käyrät (%). Käyrä 1 - tasaisille alueille; käyrä 2 on vuoristo-olosuhteita varten.

Voimalaitoksissa esiintyvän impulssikohinan ja ylijännitteiden taso riippuu salamapurkauksen pulssivirran etuosan todellisesta jyrkkyydestä. Jyrkkyysaste vaihtelee laajalla alueella ja sillä on heikko korrelaatio salamavirtojen huippuarvojen kanssa. Kuvassa Kuvassa 28 on kuva salamavirran etuimpulssin jyrkkyyden tason todennäköisyysjakaumasta tasangolla (käyrä 1) ja vuoristossa (käyrä 2).

Salamavirtojen vaikutus

Kun salamavirrat kulkevat erilaisten esineiden läpi, viimeksi mainitut altistuvat mekaanisille, sähkömagneettisille ja lämpövaikutuksille.
Merkittävä lämmöntuotto voi tuhota poikkileikkaukseltaan pieniä metallijohtimia (esimerkiksi sulakelinkit tai lennätinjohdot). Salamavirran Im (kA) kriittisen arvon määrittämiseksi, jossa johdin sulaa tai jopa haihtuu, käytetään seuraavaa kaavaa

k - ominaiskerroin johdinmateriaalista riippuen (kupari 300...330, alumiini 200...230, teräs 115...440).
Q on johtimen poikkileikkaus, mm2;
tm on salamavirtapulssin kesto, µs.

Johtimen pienin osa (ukkosvarsi), joka takaa sen turvallisuuden ukkospurkauksen aikana voimalaitokseen, on 28 mm2. Suurimmilla virta-arvoilla saman poikkileikkauksen omaava teräsjohdin lämpenee satoihin asteisiin mikrosekunnissa, mutta säilyttää eheytensä. Metalliosien salamakanavan vaikutuksesta ne voivat sulaa 3-4 mm:n syvyyteen. Yksittäisten johtimien katkeaminen sähkölinjojen ukkossuojakaapeleissa tapahtuu usein salamanpurkauksen aiheuttaman ylipalamisen vuoksi salamakanavan ja kaapelin kosketuspisteissä.

Tästä syystä teräksiset ukkosenjohtimet ovat poikkileikkaukseltaan merkittäviä: ukkossuojakaapeleiden poikkileikkauksen tulee olla vähintään 35 mm2 ja ukkosenjohtimien vähintään 100 mm2. Räjähdykset ja tulipalot voivat syntyä, kun salamakanava osuu palaviin ja syttyviin materiaaleihin (puu, olki, polttoaineet ja voiteluaineet, kaasumaiset polttoaineet jne.). Salamapurkausvirran mekaaninen vaikutus ilmenee puu-, tiili- ja kivirakenteiden tuhoamisessa, joissa ei ole ukkossuojaa ja täysimittaista maadoitusta.

Puisten voimansiirtopylväiden halkeaminen selittyy sillä, että puun sisäisen rakenteen läpi kulkeva salamavirta synnyttää runsaan vesihöyryn vapautumisen, joka purkaa paineensa avulla puukuituja. Sateisella säällä puun halkeaminen on vähäisempää kuin kuivalla säällä. Koska kostealle puulle on ominaista parempi johtavuus, salamavirta kulkee pääasiassa puun pintaa pitkin aiheuttamatta merkittäviä puurakenteiden vaurioita.

Salamapurkauksen aikana puupylväistä irtoaa usein jopa kolmen senttimetrin paksuisia ja viisi senttimetriä leveitä puukappaleita, ja joissain tapauksissa salama halkaisee maadoittamattomien pylväiden telineitä ja poikkipintoja. Tässä tapauksessa eristimien metallielementit (pultit ja koukut) lentävät pois paikoistaan ​​ja putoavat maahan. Kerran salamanisku oli niin voimakas, että valtava noin 30 metrin korkuinen poppeli muuttui pienten lastujen kasaksi.

Kapeiden halkeamien ja pienten aukkojen läpi kulkevat salamapurkaukset aiheuttavat merkittäviä vahinkoja. Esimerkiksi salamavirrat muuttavat helposti sähkölinjoihin asennettuja putkimaisia ​​​​suojakkeita. Jopa klassiset eristeet (kivi ja tiili) ovat alttiina voimakkaiden purkausten vahingollisille vaikutuksille. Jäljellä olevien varausten aiheuttamat iskuluonteiset sähköstaattiset voimat tuhoavat helposti paksuseinäisiä tiili- ja kivirakennuksia.

Pääsalamapurkauksen vaiheessa lähellä sen iskupaikkaa energialaitosten johtimissa ja metallirakenteissa esiintyy impulssihaittoja ja ylijännitteitä, jotka kulkeutuessaan energialaitosten maadoituksen läpi synnyttävät suurtaajuista impulssikohinaa ja merkittävää jännitettä. pudota, saavuttaen 1 000 kV tai enemmän. Salamapurkaus voi tapahtua paitsi ukkospilvien ja maan välillä, myös yksittäisten pilvien välillä. Tällainen salama on täysin turvallinen voimalaitosten henkilökunnalle ja laitteille. Samalla maahan pääsevät salamapurkaukset aiheuttavat vakavan vaaran ihmisille ja teknisille laitteille.

Ukkosmyrskytoiminta Venäjän federaation alueella

Eri puolilla maatamme ukkosmyrskyjen aktiivisuuden voimakkuudessa on merkittäviä eroja. Pohjoisilla alueilla ukkosmyrskyjen aktiivisuus on heikoin. Etelään siirryttäessä ukkosmyrskyjen aktiivisuus lisääntyy, jolle on ominaista ukkosmyrskypäivien lukumäärä vuodessa. Ukkosmyrskyjen keskimääräinen kesto yhden ukkosmyrskypäivän aikana Venäjän federaation alueella on 1,5 - 2 tuntia. Ukkosmyrskyjen aktiivisuus missä tahansa Venäjän federaation pisteessä määritetään erityisten ukkosmyrskytoiminnan meteorologisten karttojen perusteella, jotka on laadittu meteorologisten asemien pitkäaikaisten havaintojen perusteella (kuva 29).

Mielenkiintoisia faktoja salamasta:

• Alueilla, joilla ukkosmyrskyjen aktiivisuus on 30 tuntia vuodessa, salama iskee keskimäärin 1 neliökilometriä kohti maan pinnan kahdessa vuodessa.
• Joka sekunti planeettamme pinta kokee yli sata salamaniskua.

Ukkosmyrsky - mikä se on? Mistä tulevat salamat, jotka leikkaavat koko taivaan ja uhkaavat ukkosenjylinät? Ukkosmyrsky on luonnollinen ilmiö. Salama, jota kutsutaan salamaksi, voi muodostua pilvien sisään (cumulonimbus) tai pilvien väliin. Niihin liittyy yleensä ukkonen. Salama liitetään rankkasateisiin, voimakkaisiin tuuliin ja usein rakeisiin.

Toiminta

Ukkosmyrsky on yksi vaarallisimmista. Salaman iskemät ihmiset selviävät vain yksittäistapauksissa.

Samaan aikaan planeetalla toimii noin 1 500 ukkosmyrskyä. Purkausten voimakkuudeksi on arvioitu sata salamaa sekunnissa.

Ukkosmyrskyjen jakautuminen maan päällä on epätasaista. Esimerkiksi niitä on 10 kertaa enemmän mantereiden yläpuolella kuin valtameren yllä. Suurin osa (78 %) salamapurkauksista keskittyy päiväntasaajalle ja trooppisille vyöhykkeille. Ukkosmyrskyt ovat erityisen yleisiä Keski-Afrikassa. Mutta napa-alueet (Antarktis, arktinen alue) ja salaman napat ovat käytännössä näkymättömiä. Osoittautuu, että ukkosmyrskyn voimakkuus liittyy taivaan ruumiiseen. Keskimmäisillä leveysasteilla sen huippu tapahtuu iltapäivällä (päivällä) kesällä. Mutta minimi rekisteröitiin ennen auringonnousua. Myös maantieteelliset ominaisuudet ovat tärkeitä. Voimakkaimmat ukkosmyrskykeskukset ovat Cordilleralla ja Himalajalla (vuoristoalueet). Myös "myrskypäivien" vuotuinen määrä on erilainen Venäjällä. Esimerkiksi Murmanskissa niitä on vain neljä, Arkangelissa - viisitoista, Kaliningradissa - kahdeksantoista, Pietarissa - 16, Moskovassa - 24, Brjanskissa - 28, Voronezhissa - 26, Rostovissa - 31, Sotshissa - 50, Samarassa - 25 , Kazan ja Jekaterinburg - 28, Ufa - 31, Novosibirsk - 20, Barnaul - 32, Chita - 27, Irkutsk ja Jakutsk - 12, Blagoveštšensk - 28, Vladivostok - 13, Habarovsk - 25, Južno-Sakhalin K Petrochalovskyt - Juzhno-Sakhalin - 1.

Ukkosmyrskyjen kehitys

Miten se menee? muodostuu vain tietyissä olosuhteissa. Nousevien kosteusvirtojen läsnäolo on pakollista, kun taas tulee olla rakenne, jossa yksi osa hiukkasista on jäissä ja toinen nestemäisessä tilassa. Konvektiota, joka johtaa ukkosmyrskyn kehittymiseen, esiintyy useissa tapauksissa.

Pintakerrosten epätasainen kuumeneminen. Esimerkiksi veden päällä, jossa lämpötilaero on merkittävä. Suurten kaupunkien yläpuolella ukkosmyrskyt ovat jonkin verran voimakkaampia kuin lähiseudulla.

Kun kylmä ilma syrjäyttää lämpimän ilman. Frontaalinen sopimus kehittyy usein samanaikaisesti vinojen ja nimbostratuspilvien (pilvien) kanssa.

Kun ilma nousee vuoristossa. Pienetkin nousut voivat lisätä pilvien muodostumista. Tämä on pakotettu konvektio.

Kaikki ukkospilvet, tyypistä riippumatta, käyvät välttämättä läpi kolme vaihetta: kumuloituminen, kypsyys ja rappeutuminen.

Luokitus

Ukkosmyrskyt luokiteltiin jonkin aikaa vain havaintopaikalle. Ne jaettiin esimerkiksi oikeinkirjoitukseen, paikallisiin, etuosaan. Ukkosmyrskyt luokitellaan nyt ominaisuuksien mukaan, jotka riippuvat meteorologisesta ympäristöstä, jossa ne kehittyvät. muodostuu ilmakehän epävakauden vuoksi. Tämä on pääehto ukkospilvien syntymiselle. Tällaisten virtojen ominaisuudet ovat erittäin tärkeitä. Voimasta ja koosta riippuen muodostuu erilaisia ​​ukkospilviä. Miten ne jaetaan?

1. Cumulonimbus yksisoluinen (paikallinen tai massansisäinen). Aktivoi rakeita tai ukkosmyrskyjä. Poikittaismitat 5 - 20 km, pystysuuntaiset - 8 - 12 km. Tällainen pilvi "elää" jopa tunnin. Ukkosmyrskyn jälkeen sää ei käytännössä muutu.

2. Monisoluklusteri. Tässä mittakaava on vaikuttavampi - jopa 1000 km. Monisoluklusteri kattaa ryhmän ukkosmyrskysoluja, jotka ovat eri muodostumis- ja kehitysvaiheissa ja muodostavat samalla yhtenäisen kokonaisuuden. Miten ne on järjestetty? Kypsät ukkosen solut sijaitsevat keskellä, kun taas rappeutuvat voivat olla jopa 40 km leveitä. Klusterimonisoluiset ukkosmyrskyt "antaa" tuulenpuuskia (raskaita, mutta ei voimakkaita), kaatosadetta, rakeita. Yhden kypsän solun olemassaolo on rajoitettu puoleen tuntiin, mutta itse klusteri voi "elätä" useita tunteja.

3. Squallin rivit. Nämä ovat myös monisoluisia ukkosmyrskyjä. Niitä kutsutaan myös lineaariseksi. Ne voivat olla joko kiinteitä tai aukkoja. Tuulenpuuskat ovat täällä pidempiä (eturintamalla). Monisolulinja näyttää lähestyttäessä tummalta pilvien seinältä. Virtojen määrä (sekä ylä- että alavirtaan) on täällä melko suuri. Siksi tällainen ukkosmyrskyjen kompleksi luokitellaan monisoluiseksi, vaikka ukkosen rakenne on erilainen. Myrskylinja pystyy tuottamaan voimakasta kaatosadetta ja suuria rakeita, mutta sitä useammin "rajoittavat" voimakkaat alasvedot. Se ohittaa usein kylmän rintaman. Kuvissa tällainen järjestelmä on kaarevan jousen muotoinen.

4. Supercell-ukkosmyrskyt. Tällaiset ukkosmyrskyt ovat harvinaisia. Ne ovat erityisen vaarallisia omaisuudelle ja ihmishengelle. Tämän järjestelmän pilvi on samanlainen kuin yksisoluinen pilvi, koska molemmat eroavat yhdellä ylävirran vyöhykkeellä. Mutta niitä on eri kokoisia. Supercell-pilvi - valtava - lähes 50 km säteellä, korkeus - jopa 15 km. Sen rajat voivat olla stratosfäärissä. Muoto muistuttaa yhtä puoliympyrän muotoista alasinta. Nousevien purojen nopeus on paljon suurempi (jopa 60 m/s). Tyypillinen piirre on pyörimisen läsnäolo. Juuri tämä aiheuttaa vaarallisia, äärimmäisiä ilmiöitä (suuret rakeet (yli 5 cm), tuhoisat tornadot). Päätekijä tällaisen pilven muodostumiselle on ympäristöolosuhteet. Puhumme erittäin voimakkaasta sopimuksesta, jonka lämpötila on +27 ja tuulen suunta vaihtelee. Tällaiset olosuhteet syntyvät tuulen leikkauksen aikana troposfäärissä. Nousuvirroissa muodostuva sade siirtyy alasvirtausvyöhykkeelle, mikä varmistaa pilven pitkän käyttöiän. Sade jakautuu epätasaisesti. Sadekuuroja on lähellä nousujohdetta ja rakeita lähempänä koillista. Ukkosmyrskyn takaosa voi siirtyä. Silloin vaarallisin vyöhyke on lähellä päävirtausta.

On myös käsite "kuiva ukkosmyrsky". Tämä ilmiö on melko harvinainen, tyypillinen monsuunien. Tällaisessa ukkosmyrskyssä ei ole sadetta (ne yksinkertaisesti eivät saavuta, haihtuu korkealle lämpötilalle altistumisen seurauksena).

Liikenopeus

Yksittäisessä ukkosmyrskyssä se on noin 20 km/h, joskus nopeammin. Jos kylmärintama on aktiivinen, nopeus voi olla 80 km/h. Monissa ukkosmyrskyissä vanhat ukkoskennot korvataan uusilla. Jokainen niistä kattaa suhteellisen lyhyen matkan (noin kaksi kilometriä), mutta kokonaisuutena matka kasvaa.

sähköistysmekanismi

Mistä salama tulee? pilvien ympärillä ja niiden sisällä liikkuvat jatkuvasti. Tämä prosessi on melko monimutkainen. On helpointa kuvitella, kuinka sähkövaraukset toimivat kypsissä pilvissä. Niissä hallitsee dipolipositiivinen rakenne. Miten se jaetaan? Positiivinen varaus sijoitetaan yläosaan ja negatiivinen varaus sen alapuolelle, pilven sisään. Päähypoteesin mukaan (tätä tieteenalaa voidaan edelleen pitää vähän tutkituksi) raskaammat ja suuremmat hiukkaset ovat negatiivisesti varautuneita, kun taas pienillä ja kevyillä hiukkasilla on positiivinen varaus. Edellinen putoaa nopeammin kuin jälkimmäinen. Tästä tulee syy avaruusvarausten avaruudelliseen erottumiseen. Tämä mekanismi on vahvistettu laboratoriokokeilla. Jääpellettien tai rakeiden hiukkasilla voi olla voimakas varauksensiirto. Suuruus ja merkki riippuvat pilven vesipitoisuudesta, (ympäristön) ilman lämpötilasta ja törmäysnopeudesta (päätekijät). Muiden mekanismien vaikutusta ei voida sulkea pois. Purkauksia tapahtuu maan ja pilven (tai neutraalin ilmakehän tai ionosfäärin) välillä. Juuri tällä hetkellä havaitsemme taivasta leikkaavan välähdyksen. Tai salama. Tähän prosessiin liittyy voimakkaita jyrinää (ukkonen).

Ukkosmyrsky on monimutkainen prosessi. Sen tutkiminen voi viedä useita vuosikymmeniä ja ehkä jopa vuosisatoja.